MODULASI ANALOG DAN DIGITAL
Modulasi adalah teknik yang digunakan untuk menumpangkan
sinyal informasi pada suatu gelombang pembawa. Dengan proses modulasi, suatu
informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke dalam sinyal
pembawa, biasanya berupa gelombang sinus yang berfrekuensi tinggi.
Peralatan untuk proses modulasi disebut modulator,
sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi-informasi awal (kebalikan proses
modulasi) disebut demodulator dan peralatan untuk proses keduanya disebut modem
(modulator demodulator). Informasi yang bisa dikirim berupa sinyal analog dan
sinyal digital.
Tujuan dari modulasi adalah:
1.
Transmisi menjadi
efisien atau memudahkan pemancaran
2.
Masalah perangkat
keras menjadi mudah
3.
Menekan derau
4.
Untuk memudahkan
pengaturan alokasi frekuensi radio
5.
Untuk multiplexing
A. Modulasi Analog
Modulasi analog adalah
proses pengiriman sinyal data yang masih berupa sinyal analog atau berbentuk
sinusoidal. Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang
kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombangnya.
Sinyal analog bekerja dengan mentransmisikan suara dan gambar dalam bentuk
gelombang kontinu (continous varying). Dua parameter penting yang
dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude dan frekuensi. Isyarat analog
biasnya dinyatakan dalam gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan
dasar untuk semua bentuk isyarat analog.hal ini didasarkan kenyataan
bahwa berdasarkan anlisis fourir, suatu sinyal analog dapat
diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus.
Dalam modulasi analog
yang perlu diketahui adalah adanya suatu teori yaitu modulation
theorem yang juga dikenal dengan sebutan frequency translation.
Modulasi analog yang umum dikenal ada beberapa
macam bentuk antara lain, yaitu Amplitude Modulation (AM), Frequency
Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM).
1. Amplitude Modulation
(AM)
Modulasi amplitudo
merupakan proses modulasi yang mengubah amplitudo sinyal pembawa sesuai dengan
sinyal pemodulasinya/informasi yang dikirim. Sinyal pemodulasi adalah sinyal
asal yang berisi informasi. Sedangkan sinyal pembawa (carrier) adalah
sinyal frekuensi tinggi yang ditumpangi oleh sinyal informasiselama proses
transmisi. Pada modulasi jenis ini amplitude sinyal carrier diubah-ubah
secara proposional terhadap amplitude sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan
frekuensinya tetap selama proses modulasi.
Modulasi jenis ini
merupakan modulasi yang paling sederhana. Modulasi ini disebut juga dengan
linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier
mengikuti sinyal informasi yang akan ditransmisikan.
Jika sinyal informasi
ditumpangkan pada amplitude sinyal pembawa, maka prosesnya disebut modulasi
amplitudo dan menghasilkan sinyal termodulasi dengan persamaan:
Di dalam modulasi amplitude
ada yang disebut dengan indeks modulasi, yaitu ukuran seberapa dalam sinyal
informasi memodulasi sinyal pembawa. Adapun persamaanya yaitu:
Teknik modulasi data
digital melewati media analog pada amplitude modulasi terbagi menjadi beberapa
teknik, yaitu Amplitude Modulation Full Carrier untuk
radio broadcast, Double Side Band Suppressed Carrier (DSB-SC)
untuk komunikasi radio, Single Side Band (SSB), Upper
Side Band (USB), Lower Side Band (LSB), dan Independent
Side Band (ISB) untuk komunikasi radio juga, serta Vestigial
Side Band (VSB) untuk pemancar televisi.
2. Demodulasi sinyal
AM
Demodulasi adalah
proses suatu sinyal modulasi yang dibentuk kembali seperti aslinya dari suatu
gelombang pembawa yang termodulasi oleh rangkaian. Sedangkan demodulator adalah
rangkaian yang penerima komunikasi yang berfungsi memisahkan informasi asli
dari gelombang campuran. Demodulator sering juga disebut detector. Demodulasi
dilakukan dengan cara mendeteksi puncak-puncak sinyal (envelope)
termodulasinya. Alat yang digunakan untuk demodulasi adalah envelope detector.
3. Frequency
Modulation (FM)
Modulasi frekuensi
adalah sehingga frekuensi sinyal pembawa berubah sesuai dengan perubahan
simpangan sinyal informasi. Jadi sinyal informasi yang dimodulasikan pada
sinyal pembawa menyebabkan perubahan frekuensi sinyal pembawa sesuai dengan
perubahan tegangan sinyal informasi. Pada modulasi frekuensi sinyal informasi
mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa, sedangkan amplitudonya konstan selama
proses modulasi. Ada dua teknik modulasi untuk modulasi frekuensi, yaitu Narrowband FM
(bandwith<20kHz) dan Wideband FM (bandwith=150kHz).
Kelebihan FM
adalah:
1.
Informasi/data yang
dibawa tidak mudah terganggu
2.
Daya transmisi tidak
besar
Kekurangan FM adalah:
1.
Memerlukan bandwith
yang lebar
2.
Rangkaian dan
maintenance tidak semudah AM
4.Phase Modulation (PM)
Modulasi fasa adalah
proses modulasi yang mengubah fasa sinyal pembawa sesuai dengan sinyal
pemodulasi. Sehingga dalam modulasi PM amplitude dan frekuensi yang dimiliki
sinyal pembawa tetap, tetapi fasa sinyal pembawa berubah sesuai dengan
informasi. Modulasi fasa digolongkan dalam jenis modulasi sudut. Pada modulasi
ini sinyal informasi mengubah-ubah fasa gelombang carrier yang
besarnya perubahan fasa sebanding dengan amplitude sesaat sinyal informasi.
Secara sekilas
modulasi ini mirip dengan modulasi frekuensi, namun perbedaanya apabila pada
modulasi frekuensi perubahan tertinggi terjadi ketika sinyal informasi mencapai
amplitude puncak berbeda dengan modulasi fasa, perubahannya meningkat yaitu
perubahan fasa ketika sinyal informasi mengalami perubahan yang paling besar
yaitu ketika kadar nilai positif ke negative.
Berikut
ini adalah bentuk gelombang Modulasi Amplitudo (AM), Modulasi Frekuensi (FM)
dan Modulasi Fasa (PM).
B. Modulasi Digital
Modulasi digital
adalah proses penumpangan sinyal digital ke dalam sinyal carrier. Sinyal
digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah sinyal menjadi kombinasi
urutan bilangan 0 dan 1, sehingga tidak mudah dipengaruhi oleh derau, proses
informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal
digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relative dekat.
Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskrit. Sinyal yang mempunyai
dua keadaan ini biasa disebut bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal
digital. Sebuah bit dapat berupa nol atau satu. Kemungkinan nilai untuk sebuah
bit adalah 2 buah (2^1). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah 4 buah (2^2),
berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk
oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2^n buah.
System digital
merupakan bentuk sampling dari system analog. Digital pada dasarnya dikodekan
dalam bentuk biner atau hexa. Besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh
lebarnya bandwith. Jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai
akurasi system digital.
Modulasi digital
sebenarnya adalah proses mengubah-ubah karakteristik dan sifat gelombang sinyal
pembawa sedemikian rupa sehingga bentuk hasilnya memiliki ciri-ciri dari
bit-bit yaitu 0 dan 1. Berarti dengan mengamati sinyal pembawanya, kita bisa
mengetahui urutan bitnya disertai clock.
Melalui proses
modulasi digital sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke
penerima dengan baik. Untuk pengiriman ini dapat digunakan media
transmisi fisik atau non fisik. Pada modulasi digital, sinyal
pemodulasinya berupa sinyal digital. Ada 3 sistem modulasi digital yaitu Amplitude
Shift Keying (ASK), Frekuensi Shift Keying (FSK), Phase
Shift Keying (PSK).
Kelebihan modulasi digital dibandingkan modulasi
analog adalah sebagai berikut:
1.
Teknologi digital
mempunyai suatu sinyal dalam bentuk digital yang mampu mengirimkan data yang
terbentuk kode bineri yaitu 0 dan 1.
2.
Sinyal digital juga
mampu mengirimkan data lebih cepat dan tentunya dengan kapasitas yang lebih
besar dibandingkan sinyal analog.
3.
Memiliki tingkat
kesalahan yang kecil, disbanding sinyal analog.
4.
Data akan utuh dan
akan lebih terjamin pada saat dikirmkan atau ditransmisikan dibandingkan
modulasi analog.
5.
Lebih stabil dan tidak
terpengaruh dengan pengaruh cuaca.
Kelemahan modulasi
digital ini adalah sebagai berikut:
1.
Modulasi digital termasuk
yang mudah error.
2.
Bila terjadi gangguan
maka sistemnya akan langsung berhenti.
1. Amplitude Shift Keying (ASK)
Amplitude Shift Keying adalah modulasi yang menyatakan sinyal digital 1
sebagai suatu nilai tegangan tertentu (misalnya 1 volt) dan sinyal digital 0
sebagai sinyal digital dengan tegangan 0 volt. Sinyal ini yang kemudian
digunakan untuk menyala-matikan pemancar, kira-kira mirip sinyal morse..
ASK dalam konteks
komunikasi digital adalah proses modulasi, yang menanamkan untuk dua atau lebih
tingkat amplitude diskrit sinusoida. Hal ini juga terkait dengan jumlah tingkat
diadopsi oleh pesan digital. Untuk urutan pesan biner ada dua tingkat, salah
satunya biasanya nol. Jadi gelombang termodulasi terdiri dari semburan
sinusoida sebuah.
Ada diskontinuitas
tajam ditampilkan pada titik-titik transisi. Hal ini mengakibatkan sinyal
memiliki bandwith yang tidak perlu lebar. Bandlimiting umumnya diperkenalkan
sebelum transmisi, dalam hal ini akan diskontinuitas ‘off bulat’. Bandlimiting
ini dapat diterapkan ke pesan digital atau sinyal yang termodulasi itu sendiri.
2. Shift Keying (FSK)
Dalam modulasi FM,
frekuensi carrier diubah-ubah harganya mengikuti harga sinyal
pemodulasinya dengan amplitude pembawa yang tetap. Jika sinyal yang memodulasi
tersebut hanya mempunyai dua harga tegangan 0 dan 1, maka proses modulasi
tersebut dapat diartikan sebagai proses penguncian frekuensi sinyal. Hasil
gelombang FM yang dimodulasi oleh data biner ini kita sebut dengan Frekuensi
Shift Keying (FSK).
Dalam system FSK, maka
symbol 1 dan 0 ditransmisikan secara berbeda antara satu sama lain dalam satu
atau dua buah sinyal sinusoidal yang berbeda besar frekuensinya.
3. Phase Shift Keying (PSK)
Phase Shift
Keying (PSK) atau pengiriman
sinyal digital melalui pergeseran fasa. Metode ini merupakan suatu bentuk
modulasi fasa yang memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di
antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses
modulasi ini fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan
perubahan status sinyal informasi digital. Sudut fasa harus mempunyai acuan
kepada pemancar dan penerima guna memudahkan untuk memperoleh stabilitas. Dalam
keadaan seperti ini, fasa yang ada dapat dideteksi bila fasa sebelumnya telah
diketahui. Hasil dari perbandingan ini dipakai sebagai patokan.
Pada system modulasi
PSK, sinyal gelombang pembawa sinusoidal dengan amplitude dan frekuensi yang
dapat digunakan untuk menyatakan sinyal biner 1 dan 0, tetapi untuk sinyal 0
fasa gelombang pembawa tersebut digeser 180 derajat.
Modulasi PSK terbagi
menjadi empat jenis, yaitu Binary Phase Shift Keying, Quadrature Phase
Shift Keying, 8-Phase Shift Keying dan 16-Phase Shift Keying.
a. Binary Phase Shift Keying (BPSK)
Dalam BPSK, dua output fasa yang mungkin keluar dan membawa informasi. Satu
fasa output mewakili suatu logika 1 dan yang lainnya adalah logika 0.
Sesuai dengan perubahan keadaan sinyal input digital, fasa pada
output carrierbergeser di antara sudut yang keduanya terpisah 180
derajat.
Nama lain dari BPSK adalah Phase Reversal Keying (PRK) dan Biphase
Modulation.
b. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
Modulasi QPSK memiliki empat empat symbol yang mempunyai amplitude sama
dengan fasa yang berlainan. Keempat symbol tersebut dibentuk dari grup dua bit
input, sehingga diperoleh empat kondisi yang mungkin, yaitu 00, 01, 10, dan 11.
Setiap bit menghasilkan satu dari empat fasa yang mungkin, sehingga rate
keluarannya adalah setengah dari rate input.
c. 8-Phase Shift Keying (8-PSK)
Modulasi PSK secara sederhana mengalokasikan satu fasa tertentu untuk
setiap sandi yang ada. Pada BPSK, dialokasikan dua fasa yang berlainan untuk
sandi 1 dan 0.
Pada QPSK, dialokasikan empat fasa yang berlainan untuk sandi 00, 01, 10,
dan 11. Sedangkan untuk 8-PSK, harus dialokasikan delapan fasa yang berbeda
untuk sandi 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.
Setiap kali level PSK meningkat, maka efisiensi bandwith juga
meningkat. Pada BPSK efisiensi bandwith-nya 1 b/s/Hz, pada QPSK
efisiensi bandwith-nya 2 b/s/Hz dan pada 8-PSK efisiensi bandwith-nya
mencapai 3 b/s/Hz. Semakin besar efisiensi bandwithmaka semakin
sempit bandwith yang dubutuhkan untuk transmisi data.
d. 16-Phase Shift Keying (16-PSK)
16-PSK adalah teknik pengkodean PSK di mana M=16 sehingga pada 16_PSK ada
16 fasa yang keluarannya berbeda dengan jumlah bit sebanyak 4.
Berikut dibawah ini
adalah bentuk gelombang Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying
(FSK) dan Phase Shift Keying (PSK).
Sumber :
